Riechender Roboter: Biologischer Sensor nutzt Heuschrecken-Antennen
Insekten besitzen ausgeprägte Geruchsorgane, die sich anzapfen lassen, um zusammen mit einer KI verschiedene Gerüche zu identifizieren.
Der Biosensor ist auf einem Robotergefährt aufgesetzt.
(Bild: Tel Aviv University (Screenshot))
Forschende der Tel Aviv University haben einen biologischen Sensor auf Basis von Antennen einer Wüstenheuschrecke entwickelt und damit einem Roboter einen Geruchssinn gegeben. Die elektrischen Signale der Antennen interpretiert eine Künstliche Intelligenz (KI), sodass ihnen bestimmte Gerüche zugewiesen werden können. Das System soll etwa 10.000 Mal empfindlicher als herkömmliche Geruchssensoren arbeiten.
Die Geruchsorgane von Tieren und Insekten sind elektronischen Geruchssensoren deutlich überlegen. Elektronische Geruchsdetektoren "können immer noch nicht mit der Millionen Jahren alten Evolution mithalten", erklärt Dr. Ben Maoz von der Fleischman Faculty of Engineering und der Sagol School of Neuroscience. Deswegen greifen Menschen etwa beim Aufspüren von Drogen an Flughäfen auch auf Hunde zurück, deren Geruchssinn ausgeprägter ist und zusammen mit einem speziellen Training des Hundes eine hohe und zuverlässige Erkennungsleistung erreicht.
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Die Sinnesorgane von Menschen und Tieren verwenden Rezeptoren, die verschiedene Signale erkennen und unterschieden können. Diese werden in elektrische Signale umgewandelt und im Gehirn entschlüsselt. Insekten sind nach Angaben der Wissenschaftler besonders gut darin, Sinnessignale zu empfangen und zu verarbeiten, schreibt das Forschungsteam in ihrer Studie "The Locust antenna as an odor discriminator", die im Fachmagazin Biosensors and Bioelectronics veröffentlicht ist. So könne etwa eine Stechmücke einen Unterschied beim Kohlendioxidgehalt in der Luft von 0,01 Prozent feststellen. "Heute sind wir weit davon entfernt, Sensoren zu entwickeln, die an die Fähigkeiten von Insekten heranreichen", konstatieren die Wissenschaftler.
Geruchsorgane der Heuschrecke anzapfen
Der von ihnen entwickelte biologische Geruchssensor basiert auf den Antennen einer Wüstenheuschrecke, dem primären Geruchsorgan des Insekts. Dem Forschungsteam gelang es, die elektrischen Signale auszulesen, die als Reaktion auf unterschiedliche Gerüche auftraten. Unter Zuhilfenahme maschinellen Lernens erstellten sie eine Geruchsbibliothek. Das System konnte dann genau feststellen, wenn ein bestimmter Geruch auftrat. Zunächst beschränkte sich dies auf acht Gerüche, darunter etwa Geranie, Zitrone und Marzipan. In einem weiteren Experiment erweiterten die Wissenschaftler die Bibliothek um weitere, eher ungewöhnliche Gerüche. So konnten sie etwa verschiedene Arten von schottischem Whiskey identifizieren.
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"Ein Vergleich mit Standardmessgeräten zeigte, dass die Empfindlichkeit der Insektennase in unserem System etwa 10.000 Mal höher ist als die der heute gebräuchlichen Geräte", resümiert Professor Yossi Yovel, der das Projekt zusammen mit Professor Aimir Ayali, beide Wissenschaftler an der School of Zoology und der Sagol School of Neuroscience, leitet.
Den Geruchssensor schnallten die Wissenschaftler zu Demonstrationszwecken auf einen vierrädrigen Wagen. Als praktische Anwendung sieht das Forschungsteam beispielsweise das Erschnüffeln von Sprengstoff und Drogen. Ferner könnten etwa Krankheiten identifiziert werden. Das Prinzip der "Insektennase", so Maoz, könne auch auf andere Sinne angewendet werden, wie etwa das Sehen und der Tastsinn.
(olb)
